UNIST 和南洋理工大学的研究人员开发了一种热再生电化学循环 (TREC) 系统，提供了一种将低品位热量转化为可用能源的新方法。 该系统通过了解结构振动模式（特别是水分子中的结构振动模式）的作用得到增强，显示出改善小温差能量转换的潜力。 TREC 系统的此类进步可能会彻底改变可穿戴技术和二次电池中低品位热量的使用。

UNIST 能源与化学工程学院 Hyun-Wook Lee 教授（左）和他的研究团队。 图片来源：UNIST

由研究人员团队开发的突破性 TREC 系统利用结构振动模式，有效地将低品位热量转化为能量。 这一进步可能会改变可穿戴技术和二次电池的能量转换。

由蔚山国立科学技术学院 (UNIST) 能源与化学工程学院的 Hyun-Wook Lee 教授和 Dong-Hwa Seo 教授共同领导的研究小组，与南洋理工大学的 Seok Woo Lee 教授合作 新加坡大学在利用低品位热源（<100°C）进行高效能源转换方面取得了重大突破。 他们的开创性工作重点是开发高效的热再生电化学循环（TREC）系统，该系统能够将微小的温差转化为可用能量。

图 1. 示意图显示电池和 TREC 系统的不同机制。 虽然电池系统（左）会损失一些存储的能量作为无法使用的能量，但 TREC 系统（右）可以在电池循环过程中将低品位废热能转化为电化学能。 图片来源：UNIST

传统的能量收集系统在有效利用低品位热源方面面临挑战。 然而，TREC 系统提供了一种颇有吸引力的解决方案，因为它们将电池功能与热能收集功能集成在一起。 在这项研究中，研究团队深入研究了结构振动模式在增强 TREC 系统功效方面的作用。

通过分析共价键的变化如何影响振动模式（特别是影响结构水分子），研究人员发现，即使是微量的水也会在氰化物配体的 A1g 拉伸模式中引起强烈的结构振动。 这些振动极大地导致了 TREC 系统内较大的温度系数 (ɑ)。 基于这些见解，该团队使用钠离子水电解质设计并实施了高效的 TREC 系统。

图 2. TREC 原理和 PBA 结构中水分子的影响。 （上）去除水分子对 CuHCFe 结构和共价变化 (-ICOHP/eV) 的影响。 给出了 Cu─N 和 Fe─C 键的平均 -ICOHP 值以及 6 个 Fe─C 键的 -ICOHP 值的 SD。 （中）水分子对氰化物配体伸缩振动模式的影响。 （下）d) TREC 全电池和半电池所收获的功量。 低温和高温分别为 10 和 60 °C。 基于 O/Cu-x，全电池的电流密度设置为 0.5 C (30 mA g−1)。 图片来源：UNIST

“这项研究为结构振动模式如何增强 TREC 系统的能量收集能力提供了宝贵的见解，”Hyun-Wook Lee 教授解释道。 “我们的研究结果加深了我们对普鲁士蓝类似物受这些振动模式调节的内在特性的理解，为改善能量转换开辟了新的可能性。”

TREC 系统的潜在应用非常广泛，特别是在可穿戴技术和其他存在小温差的设备中。 通过有效捕获低品位热量并将其转化为可用能源，TREC 系统为开发下一代二次电池提供了一条有前途的途径。